LuftBlock

Hochtemperatur-Wärmespeicher können maßgeblich zur Dekarbonisierung industrieller Prozesse beitragen. Sie ermöglichen die effiziente Nutzung von Abwärme und gleichzeitig die Einbindung von elektrischen Heizelementen zur Substitution fossiler Brennstoffe. Wärmespeicher ermöglichen eine flexible Energieversorgung von Prozessen, indem sie die Nutzung von Wärmeenergie zeitlich von der Energiegestehung entkoppeln. Wirtschaftlich interessant ist dies, da so Abwärme, die ansonsten unter Umständen verloren gegangen wäre, zu einem späteren Zeitpunkt genutzt und so der Energieeinsatz reduziert werden kann. Zudem kann mit einem Wärmespeicher ein Strombezug zeitlich angepasst an einen veränderlichen Marktpreis erfolgen. 

In der deutschen Keramikindustrie beträgt der jährliche Energiebedarf etwa 10 TWh, der derzeit größtenteils durch die Verbrennung von Erdgas in den Brennöfen gedeckt wird. Die Entwicklung und Bereitstellung eines kostengünstigen und robusten Hochtemperatur-Wärmespeichers für die Keramikindustrie bietet daher nicht nur die Möglichkeit, ihre CO₂-Emissionen erheblich zu reduzieren, sondern auch Betriebskosten zu senken und die Abhängigkeit sowie Risiken bei der Energieversorgung zu verringern.

Im Forschungsprojekt »LuftBlock« wird die innovative Hochtemperatur-Wärmespeicherlösung von Kraftblock weiterentwickelt und bei Comet Schleiftechnik in industriellem Maßstab demonstriert. Der Fokus im Projekt liegt auf der thermo-mechanischen Simulation sowie der Weiterentwicklung und Erprobung des Speichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger für Speichertemperaturen bis 900 °C. Übergeordnetes Ziel im Projekt ist es, Hindernisse zu überwinden, die bisher eine breite kommerzielle Einführung von Schüttgutspeichern erschwerten oder kostentreibende Konstruktionslösungen und Überdimensionierungen erforderlich machten.

Ein besonderer Aspekt der entwickelten Lösung ist die direkte Nutzung der Abluft aus industriellen Prozessen, die möglicherweise mit Stäuben oder Kondensaten belastet ist. Durch die direkte Nutzung dieser Abluft können Kosten gesenkt und das Potenzial an rückgewonnener Energie erhöht werden, da Verluste durch Wärmeübertrager vermieden werden. Allerdings kann es über die Zeit zu Ablagerungen kommen, die die Leistungsfähigkeit des Speichers beeinträchtigen. Die verschiedenen Ablagerungsprozesse werden analysiert, um Lösungen zur dauerhaften Aufrechterhaltung einer hohen Leistungsfähigkeit des Speichers zu entwickeln.

Zusätzlich wird das mechanische Verhalten des Schüttgutspeichers untersucht. Die plastische Verformung der Speicherwände in Schüttgutspeichern als Folge der thermischen Ausdehnung des Speichermaterials unter zyklischer thermischer Belastung ist aktuell noch nicht vollständig verstanden. Dies stand einer breiten kommerziellen Einführung von Schüttgutspeichern bislang oft entgegen oder führt zu verschiedenen kostentreibenden konstruktiven Lösungen und Überdimensionierung, um dem Effekt entgegenzuwirken. Dadurch war die Realisierung von Schüttgut-Wärmespeichern bisher weniger attraktiv.

Zur technischen und wirtschaftlichen Bewertung werden Teststände in kleinem Maßstab in den Laboren am Fraunhofer ISE und bei Kraftblock aufgebaut und prototypische Teilsysteme experimentell charakterisiert, bevor ein Speicher in industriellem Maßstab bei Comet realisiert und in die Produktion integriert wird.